DE2833635A1

DE2833635A1 - Einrichtung zur messung der verschmutzung von optischen grenzflaechen, insbesondere bei optischen sendern und/oder empfaengern

Info

Publication number: DE2833635A1
Application number: DE19782833635
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Phys Blankenfeld; Herbert Ing Grad Gross
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-08-01
Filing date: 1978-08-01
Publication date: 1980-02-14
Also published as: DE2833635C2

Description

Einrichtung zur Messung der Verschmutzung von optischen
Grenzflächen, insbesondere bei optischen Sendern und/oder Empfängern Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Verschmutzung von optischen Grenzflächen, insbesondere bei optischen Sendern und/oder Empfängern, z. B. von Schutzgläsern.
Die Strahlung, die z. B. von optischen Sendern emittiert und von den zugehörigen Empfängern detektiert wird, muß ungehindert durch deren äußere optische C-renzflächen, wie z. B. Schutzfenster, Sammellinsen oder optische Filter, durchtreten, um nicht daran eine unerwünschte Zusatzdämpfung zu erleiden. Diese kann infolge Verschmutzung z. 3. durch Staub, Schmutzspritzer, Kondenswasserbildung oder Vereisung auftreten.
Der einsatz von Geräten, insbesondere von Geräten mit optischen Sendern und Empfängern, wie z. B. Laserentfernungsmessern oder optronischen Zielgeräten, erfolgt häufig bei rauhen Umweltbedingungen und erfordert daher einen besonderen Schutz der entsprechenden Optiken, wie z. B. Sende-, Empfangs- und Visieroptiken. Es ist -hierzu aus der DE-OS 2 536 910 bekannt, bei einem optronischen Gerät mit einem optischen Sender mit Sendeoptik, einem optronischen Empfänger mit Empfangsoptik und einer Visiereinrichtung mit Visieroptik die geräteseitigen Öffnungen für die verschiedenen Optiken zum Schutz gegen schädigende Umwelteinflüsse als Fensteröffnungen auszubilden, die zum Vermeiden von Kondenswasserbildung oder Vereisung mit einer elektrischen Heizung ausgerüstet sind. Hierzu ist die Fensteröffnung für die Sendeoptik mit einer heizbaren Fassung und die Fensteröffnung für eine der übrigen Optiken mit Heizdrähten versenen.
Da Geräte der oben beschriebenen Art, wie Laserentfernungsmesser, Laser-IFF-Geräte oder IR-Warngeräte aber meist an exponierten Stellen, z. B .von militärischen Fahrzeugen montiert sind, die nicht ständig für eine Reinigung zugänglich sind, muß in derartigen Fällen eine störungslose Funktion von optischen Sendern und Empfängern ständig gewährleistet sein. Nun gibt es verschiedene Möglichkeiten, um eine vorhandene Verschmutzung, z. B. eine Vereisung, von optischen Grenzflächen zu entfernen, beispielsweise in der oben beschriebenen bekannten Weise, jedoch muß eine Verschmutzung einer optischen Grenzfläche zuerst festgestellt werden, um dann die Verschmutzung beseitigen zu können. Eine Reinigung nur von Zeit zu Zeit oder auch periodisch durchzuführen, ist nicht praktikabel, da die Geräte, wie z. 3. Sender und Empfänger, in der Zwischenzeit durch die von der Verschmutzung der optischen Grenzfläche bewirkte Art von zusätzlicher optischer Dämpfung ausfallen können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung des Verschmutzungsgrades von optischen Grenzflächen anzugeben, um aufgrund dieser Messung die Beseitigung der Verschmutzung einleiten zu können.
Bei einer ersten Einrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an der der Geräteinnenseite zugewandten Seite der optischen Grenzfläche eine niederfrequent modulierte lichtemittierende Diode angeordnet und mit ihrer Strahlungsrichtung auf die optische Grenzfläche ausgerichtet ist und daß ein Detektor vorgesehen ist, der die von der Außenseite der optischen Grenzfläche reflektierte Strahlung mißt.
Bei einer derartigen Einrichtung wird eine automatische Überwachung und Messung des Verschmutzungsgrades der optischen Grenzfläche optronisch festgestellt. Hierzu bestrahlt die Diode von der Geräteinnenseite her die äußere Grenzfläche des optischen Elementes, z. B. der Sammellinse einer Empfangsoptik eines Laserentfernungsmessers.
Der größte Teil dieser Strahlung tritt durch diese optisch transparente Fläche hindurch. Nur ein geringer Teil der Strahlung wird von dieser Fläche reflektiert und fällt auf den Detektor, der die Bestrahlungsstärke mißt.
Wird nun durch äußere Verschmutzung die Grenzfläche optisch dichter, so erhöht sich damit der von der Grenzfläche reflektierte Anteil der Diodenstrahlung, der als Meßsignal auf den Detektor fällt, so daß die Bestrahlungsstärke am Ort des Detektors ansteigt. Sobald ein bestimmter Schwellwert überschritten wird, kann bei Verbindung der Meßeinrichtung mit einer Reinigungseinrichtung die Beseitigung der Verschmutzung automatisch in Gang gesetzt werden. Der Erfolg der Reinigung kann dabei gleichzeitig mit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung kontrolliert werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht somit eine automatische berwachung des Verschmutzungsgrades einer optischen Grenzfläche, eine automatische Beseitigung der Verschmutzung selbst und gleichzeitig eine Kontrolle der Wirksamkeit dieser Reinigung. Ein weiterer Vorteil liegt hierbei darin, daß sich das Bedienungspersonal eines mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung versehenen Gerätes nicht mehr durch Augenschein von der Verschmutzung bzw. Reinigung der äußeren optischen Grenzfläche zu überzeugen braucht.
Bei optischeendern, wie z. B. einem Laserentfernungsmesser oder einem Abfragesender eines Laser-IFF-Gerätes ist außer der Diode als Meßelement ein zusätzlicher Detektor erforderlich. Bei optischen Empfängern dagegen kann als Meßelement der bereits vorhandene Signalempfänger benutzt werden. Das modulierte Signal wird in diesem Fall dann vor der eigentlichen Empfangssignaldetektierung ausgekoppelt und einer Schwellwertmessung zugeführt.
Ein weiterer Vorteil einer erfindungsgemäßen Einrichtung liegt in der Möglichkeit, leistungsschwache lichtemittierende Dioden als Meß-Sender verwenden zu können, deren Leistung so gering ist, daß die austretende Strahlung von außen her nicht festgestellt und damit eine mit der erfindungsgemäßen Einrichtung versehene Anlage nicht geortet werden kann.
Als lichtemittierende Dioden kommen bei einer derartigen erfindungsgemäßen Einrichtung CV- oder Puls-Laserdioden, 0W- oder Puls-LED in Betracht. Gegebenenfalls können als Lichtquelle auch Glühlampen Verwendung finden. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in vorteilhafter Weise die Diode eine sinusförmig amplitudenmodulierte CW-Laserdiode.
Eine andere Einrichtung der eingangs genannten Art sieht zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe vor, daß auf die Außenseite der optischen Grenzfläche zwei optisch transparente, einen Kondensator eines Schwingkreises bildende Elektroden aufgebracht sind und daß eine Einrichtung zur Messung der Frequenzänderung des Schwingkreises bei Verschmutzung der optischen Grenzfläche vorgesehen ist.
Bei einer derartigen Einrichtung wird eine automatische Überwachung und Messung des Verschmutzungsgrades einer optischen Grenzfläche elektronisch festgestellt. Durch Verschmutzung der optischen Grenzfläche wird das elektrische Feld des Kondensators und damit die Frequenz des Schwingkreises geändert. Die Frequenzänderung wird gemessen. Dieser Meßwert gibt dann den Grad der Verschmutzung der Grenzfläche an. Auch bei einer derartigen Einrichtung kann, sobald ein bestimmter Schwellwert überschritten wird, bei Verbindung der Meßeinrichtung mit einer Reinigungseinrichtung die Beseitigung der Verschmutzung der optischen Grenzfläche automatisch in Gang gesetzt werden. Damit lassen sich auch bei der erfindungsgemäßen elektronischen Einrichtung die oben bereits beschriebenen weiteren Vorteile erzielen.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Einrichtung mit elektronischer Überwachung ist zur Lösung der der Brfindung zugrundeliegenden Aufgabe vorgesehen, daß auf die Außenseite der optischen Grenzfläche zwei optisch transparente, einen hochohmigen Widerstand bildende Elektroden aufgebracht sind und daß eine Einrichtung zur Messung der Widerstandsänderung bei Verschmutzung der optischen Grenzfläche vorgesehen ist. Die oben bereits beschriebenen Vorteile lassen sich auch mit einer derartigen Einrichtung in vorteilhafter Weise erreichen.
Für den Fall, daß die elektronische Messung evtl. nicht ansprechen sollte, z. B. weil die optische Grenzfläche trocken verschmutzt ist, kann sichergestellt werden, daß ein erster Reinigungsprozeß beim Einschalten des Gerätes, z. B. des optischen Senders oder Empfängers durchgeführt wird. Alle weiteren Verschmutzungen, die das Gerät funktionsuntüchtig machen könnten, da sie auf der Oberfläche der optischen Grenzfläche haften, sind aber zunächst feucht und lassen sich messen.
Eine Änderung der Kondensatorkapazität bzw. der Widerstandsstrecke der Elektroden, die durch eine langsame Veränderung der Luftfeuchte erzeugt werden kann, läßt sich bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit elektronischer Überwachung in der Auswertung unterdrücken, so daß dadurch kein Reinigungsvorgang ausgelöst wird.
Die erfindungsgemäßen elektronischen Einrichtungen geben zwei Möglichkeiten für die Feststellung und Messung der Verschmutzung einer optischen Grenzfläche an, die einzeln oder kombiniert zum Einschalten eines Reinigungsvorganges angewendet werden können.
Die erfindungsgemäßen Einrichtungen werden anhand von schematisch in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt eine Einrichtung mit optronischer Überwachung und Messung des Verschmutzungsgrades einer optischen Grenzfläche 1 eines optischen Senders oder Empfängers. Als Meß-Sender ist an der der Geräteinnenseite zugewandten Seite der optischen Grenzfläche 1 eine niederfrequent modulierte lichtemittierende Diode 2, z. B. eine sinusförmig amplitudenmodulierte C,Y-Laserdiode, vorgesehen. Diese ist mit ihrer Strahlungsrichtung auf die optische Grenzfläche ausgerichtet. Ferner ist an der der Geräteinnenseite zugewandten Seite noch ein Detektor 3 vorgesehen, der die von der Außenseite der optischen Grenzfläche 1 reflektierte Strahlung mißt.
Die Diode 2 bestrahlt von der Geräteinnenseite her die äußere Grenzfläche des optischen Elements. Der größte Teil der Strahlung tritt durch diese Fläche hindurch und nur ein geringer Teil wird von dieser Fläche reflektiert.
Dieser Teil fällt auf den Detektor 3, der die Bestrahlungsstärke mißt. Im Falle der Verschmutzung und weiterer Zunahme der Verschmutzung der optischen Grenzfläche erhöht sich der von der Außenseite der Grenzfläche reflektierte Strahlungsanteil und damit das Meßsignal.
Sobald dieses einen bestimmten Schwellwert überschreitet, kann die Reinigung der Grenzfläche automatisch in Gang gesetzt werden. Hierzu gelangt bei diesem Ausführungsbei spiel das Meßsignal des Detektors 3 über einen zwischengeschalteten Vorverstärker 4 und einen Auskopplungszweig zu einer Meßsignalauswertung 6 und einer Steuerung 7, welche eine nicht näher dargestellte Reinigungseinrichtung zur Säuberung der optischen Grenzfläche in Betrieb setzt. Mit 5 ist eine Empfangs-Signalauswertung für den Fall eines Empfängers vorgesehen. Hiermit wird das normale Meßsignal eines Empfängers ausgewertet.
In der Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung mit elektronischer Überwachung und Messung des Verschmutzungsgrades einer optischen Grenzfläche 10 dargestellt. Hierbei sind auf die Außenseite der optischen Grenzfläche 10 zwei Elektroden 11 und 12 aufgebracht, z. B. aufgedampft, die optisch transparent sind. Sie bilden den Kondensator eines Schwingkreises und/oder bei geeigneter Struktur einen hochohmigen Widerstand. Durch Verschmutzung der optischen Grenzfläche wird das elektrische Feld des Kondensators und damit die Frequenz des Schwingkreises geändert. Zur Messung dieser Frequenzänderung ist ein aus einem Oszillator 13 und einem Wandler 14 bestehender Meßzweiorgesehen. Bei Ausbil- dung der Elektroden als hochohmiger Widerstand wird bei einer Verschmutzung der optischen Grenzfläche der Widerstandswert geändert. Diese Anderung wird gemessen. Das Meßsignal wird dann einer Meßbrücke 15 und einem Wandler 16 zugeführt. Die den Meßzweig für die Frequenzänderung und den Meßzweig für die Widerstandsänderung verlassenden Signale werden einer Logik 17 und einer Steuerung 18 zur Inbetriebnahme einer Reinigungseinrichtung, z. B. bei Überschreitung eines bestimmten Wertes des Meßsignals, zugeführt.
7 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

PatentansDrüche Einrichtung zur Messung der Verschmutzung von optischen Grenzflächen, insbesondere bei optischen Sendern und/oder Empfängern, z. B. von Schutzgläsern, Sende-, Empfangs- und Visieroptiken, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß an der der Geräteinnenseite zugewandten Seite der optischen Grenzfläche (1) eine niederfrequent modulierte lichtemittierende Diode (2) angeordnet und mit ihrer Strahlungsrichtung auf die optische Grenzfläche (1) ausgerichtet ist und daß ein Detektor (3) vorgesehen ist, der die von der Außenseite der optischen Grenzfläche reflektierte Strahlung mißt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Diode (2) eine sinusförmig amplitudenmodulierte CW-Laserdiode ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Detektor (3) gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Vorverstärkers (4) mit einer Einrichtung (6) zur Signalauswerdung und einer Steuereinrichtung (7) zur Inbetriebname einer Reinigungseinrichtung in Verbindung steht.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bei Anwendung für einen optischen Empfänger als Meß-Detektor der Signal-Detektor des Empfängers verwendet und das Meßsignal für den Verschmutzungsgrad vor der Detektierung des empfangenen Signals ausgekoppeit und einer Schwellwertmessung zugeführt ist.
5. Einrichtung zur Messung der Verschmutzung von optischen Grenzflächen, insbesondere bei optischen Sendern und/oder Empfängern, z. S von Schutzgläsern, Sende-, Empfangs- und Visieroptiken, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß auf die Außenseite der optischen Grenzfläche (10) zwei optisch transparente, einen Kondensator eines Schwingkreises bildende Elektroden(11, 12) aufgebracht sind und daß eine Einrichtung (13, 14) zur Messung der Frequenzänderung des Schwingkreises bei Verschmutzung der optischen Grenzfläche vorgesehen ist.
6. Einrichtung zur Messung der Verschmutzung von optischen Grenzflächen, insbesondere bei optischen-Sendern und/oder Empfängern, z. B. von Schutzgläsern, Sende-, Empfangs- und Visieroptiken, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß auf die Außenseite der optischen Grenzfläche (10) zwei optisch transparente, einen hochohmigen Widerstand bildende Elektroden (11, 12) aufgebracht sind und daß eine Einrichtung (15, 16) zur Messung der Widerstandsänderung bei Verschmutzung der optischen Grenzfläche vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Meßeinrichtungen (13, 14 bzw. 15, 16) mit einer Steuereinrichtung (18) zur Inbetriebnahme einer Reinigungseinrichtung in Verbindung stehen.